(57)【要約】【課題】操作者の意図とは異なる方向へのアクチュエータの動作を防ぐことができると共に、作業対象および作業内容の変更が頻繁に起こる場合でも簡単に対応でき、多品種生産に好適なロボット制御装置およびその制御方法を提供する。【解決手段】操作装置３０を介した操作者の操作指示に応じてマニピュレータにおける各軸方向への移動または各軸回りの回転を制御可能なハンドガイドロボット１を制御するロボット制御装置において、ハンドガイドロボット１による一連の作業を複数の作業工程に分割し、該作業工程毎に各軸方向への移動および各軸回りの回転それぞれの自由度について、個別に制限または非制限を制御テーブルとして設定し、制御装置４０により、各作業工程毎の制御テーブルに応じてマニピュレータを駆動制御し、操作者からの作業工程切替指示を受け付ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力手段を介した操作者の操作指示に応じてマニピュレータにおける各軸方向への移動または各軸回りの回転を制御可能なロボット装置を制御するロボット制御装置であって、
前記ロボット装置による一連の作業を複数に分割した作業工程毎に、各軸方向への移動および各軸回りの回転それぞれの自由度について、個別に制限または非制限を制御テーブルとして設定する設定手段と、
操作者からの作業工程切替指示を受け付ける工程切替手段と、
各作業工程毎の制御テーブルに応じて前記マニピュレータを駆動制御する制御手段と、
を有することを特徴とするロボット制御装置。
【請求項２】
入力手段を介した作業者の操作指示に応じてマニピュレータにおける各軸方向への移動または各軸回りの回転を制御可能なロボット装置を制御するロボット制御装置であって、
前記ロボット装置による一連の作業を複数に分割した作業工程毎に、各軸方向への移動における最大速度および各軸回りの回転における最大角速度を制御テーブルとして設定する設定手段と、
操作者からの作業工程切替指示を受け付ける工程切替手段と、
各作業工程毎の制御テーブルに応じて前記マニピュレータを駆動制御する制御手段と、
を有することを特徴とするロボット制御装置。
【請求項３】
入力手段を介した作業者の操作指示に応じてマニピュレータにおける各軸方向への移動または各軸回りの回転を制御可能なロボット装置を制御するロボット制御装置であって、
前記ロボット装置による一連の作業を複数に分割した作業工程毎に、前記入力手段の操作量と各軸方向への移動および各軸回りの回転それぞれの動作速度との関係を規定する変換式を制御テーブルとして設定する設定手段と、
操作者からの作業工程切替指示を受け付ける工程切替手段と、
各作業工程毎の制御テーブルに応じて前記マニピュレータを駆動制御する制御手段と、
を有することを特徴とするロボット制御装置。
【請求項４】
入力手段を介した作業者の操作指示に応じてマニピュレータにおける各軸方向への移動または各軸回りの回転を制御可能なロボット装置を制御するロボット制御装置であって、
前記ロボット装置による一連の作業を複数に分割した作業工程毎に、前記マニピュレータの可動範囲を制御テーブルとして設定する設定手段と、
操作者からの作業工程切替指示を受け付ける工程切替手段と、
各作業工程毎の制御テーブルに応じて前記マニピュレータを駆動制御する制御手段と、
を有することを特徴とするロボット制御装置。
【請求項５】
前記分割した作業工程は、各作業工程を所定順に進めることで前記ロボット装置による一連の作業を形成するものであって、
前記工程切替手段は、作業工程を１工程進める工程進みスイッチと、作業工程を１工程戻す工程戻りスイッチと、を有することを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のロボット制御装置。
【請求項６】
作業対象物の姿勢および位置を検出する検出手段を有し、
前記工程切替手段は、前記検出手段の検出結果に基づき、現在の作業工程を認識することを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項に記載のロボット制御装置。
【請求項７】
前記制御手段は、操作者の操作指示に応じ各作業工程毎の制御テーブルに基づきマニピュレータを駆動制御する第１の制御モードと、制御プログラムに基づきマニピュレータを駆動制御する第２の制御モードと、を有することを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか１項に記載のロボット制御装置。
【請求項８】
前記第１の制御モードおよび前記第２の制御モードの切替は、手動または自動で行われることを特徴とする請求項７に記載のロボット制御装置。
【請求項９】
入力手段を介した操作者の操作指示に応じてマニピュレータにおける各軸方向への移動または各軸回りの回転を制御可能なロボット装置を制御するロボット制御装置の制御方法であって、
前記ロボット装置による一連の作業を複数の作業工程に分割し、該作業工程毎に各軸方向への移動および各軸回りの回転それぞれの自由度について、個別に制限または非制限を制御テーブルとして設定する設定ステップと、
操作者からの作業工程切替指示を受け付ける工程切替ステップと、
各作業工程毎の制御テーブルに応じて前記マニピュレータを駆動制御する制御ステップと、
を有することを特徴とするロボット制御装置の制御方法。
【請求項１０】
入力手段を介した操作者の操作指示に応じてマニピュレータにおける各軸方向への移動または各軸回りの回転を制御可能なロボット装置を制御するロボット制御装置の制御方法であって、
前記ロボット装置による一連の作業を複数に分割した作業工程毎に、各軸方向への移動における最大速度および各軸回りの回転における最大角速度を制御テーブルとして設定する設定ステップと、
操作者からの作業工程切替指示を受け付ける工程切替ステップと、
各作業工程毎の制御テーブルに応じて前記マニピュレータを駆動制御する制御ステップと、
を有することを特徴とするロボット制御装置の制御方法。
【請求項１１】
入力手段を介した操作者の操作指示に応じてマニピュレータにおける各軸方向への移動または各軸回りの回転を制御可能なロボット装置を制御するロボット制御装置の制御方法であって、
前記ロボット装置による一連の作業を複数に分割した作業工程毎に、前記入力手段の操作量と各軸方向への移動および各軸回りの回転それぞれの動作速度との関係を規定する変換式を制御テーブルとして設定する設定ステップと、
操作者からの作業工程切替指示を受け付ける工程切替ステップと、
各作業工程毎の制御テーブルに応じて前記マニピュレータを駆動制御する制御ステップと、
を有することを特徴とするロボット制御装置の制御方法。
【請求項１２】
入力手段を介した操作者の操作指示に応じてマニピュレータにおける各軸方向への移動または各軸回りの回転を制御可能なロボット装置を制御するロボット制御装置の制御方法であって、
前記ロボット装置による一連の作業を複数に分割した作業工程毎に、前記マニピュレータの可動範囲を制御テーブルとして設定する設定ステップと、
操作者からの作業工程切替指示を受け付ける工程切替ステップと、
各作業工程毎の制御テーブルに応じて前記マニピュレータを駆動制御する制御ステップと、
を有することを特徴とするロボット制御装置の制御方法。
【請求項１３】
前記分割した作業工程は、各作業工程を所定順に進めることで前記ロボット装置による一連の作業を形成するものであって、
作業工程を１工程進める工程進みスイッチと、作業工程を１工程戻す工程戻りスイッチと、を有し、
前記工程切替ステップは、前記工程進みスイッチまたは前記工程戻りスイッチの押下により行われることを特徴とする請求項９〜請求項１２の何れか１項に記載のロボット制御装置の制御方法。
【請求項１４】
作業対象物の姿勢および位置を検出する検出ステップを有し、
前記工程切替ステップは、前記検出ステップの検出結果に基づき、現在の作業工程を認識することを特徴とする請求項９〜請求項１３の何れか１項に記載のロボット制御装置の制御方法。
【請求項１５】
前記制御ステップは、操作者の操作指示に応じ各作業工程毎の制御テーブルに基づきマニピュレータを駆動制御する第１の制御モードと、制御プログラムに基づきマニピュレータを駆動制御する第２の制御モードと、を有することを特徴とする請求項９〜請求項１４の何れか１項に記載のロボット制御装置の制御方法。
【請求項１６】
前記第１の制御モードおよび前記第２の制御モードの切替は、手動または自動で行われることを特徴とする請求項１５に記載のロボット制御装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はロボット制御装置およびその制御方法に係り、特に、操作者の意図とは異なる方向へのアクチュエータの動作を防ぐことができると共に、作業対象および作業内容の変更が頻繁に起こる場合でも簡単に対応でき、多品種生産に好適なロボット制御装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生産現場等において、重量物・長尺物ワークの組み立てなどの２人以上の作業員を必要とする作業は多く存在する。このような作業の省力化のため、ハンドガイド装置を持つロボットやアクチュエータを備えたパワーアシスト装置に関する研究・開発が進められている（例えば、特許文献１および特許文献２）。このパワーアシスト装置は、少なくともロボットハンドまたはアクチュエータの手先に取り付けられたグリッパ・加工機等のエンドエフェクタ、並びに、作業者が制御操作するための入力デバイスを備えている。
【０００３】
このようなパワーアシスト装置において、操作者は入力デバイスを介してロボットハンドまたはアクチュエータを操作するが、その入力デバイスとして、例えば多軸入力が可能な力覚センサ、或いはジョイスティックやトラックボール等の位置偏差を利用するものなどが用いられている。この多軸入力は（ボタン操作やレバー操作などの）単軸入力に比べて操作可能な自由度が多い反面、操作者の意図とは異なる方向にも入力が受け付けられることがある。
【０００４】
これに対処するべく非特許文献２では、操作者の手ぶれによる意図とは異なる方向へのアクチュエータの動作を防ぐ手法を提案している。この従来技術は、力覚センサを入力デバイスとしたハンドガイドシステムにおいて、作業の主方向（例えば搬送作業であれば、搬送前の場所から搬送先への方向）を設定し、主方向への入力に対してはアクチュエータの制御ゲインを大きくし、その他の方向への入力に対しては制御ゲインを小さくするものである。これにより、主方向以外の方向へは操作しづらくすることができ、また大きな力を加えることによって微調整を行うことも可能としている。
【０００５】
また他方で、特開２００９−３４７５４号公報に開示の「パワーアシスト装置およびその制御方法」（特許文献３）では、ワークの位置決め作業に対する作業者の負担を軽減することを目的として、一連の作業タスクを複数の作業区間に分割して、「作業者の操作許容可否」および「パワーアシスト装置の自律動作可否」を作業区間毎に設定する手法が提案されている。ここで、「作業者の操作許容可否」は自由度を持つ各作動方向に対して駆動／解除されるブレーキ機構である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３８７２３８７号公報
【特許文献２】特開２００８−２１３１１９号公報
【特許文献３】特開２００９−３４７５４号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】ＪＩＳ  Ｂ  ８４３３−１（5.10.3  ハンドガイド）
【非特許文献２】武居直行，村山英之，藤本英雄、「操作方向に依存して可変する手ぶれ補正アシスト」第２６回日本ロボット学会学術講演会予稿集、RSJ2008AC3C3-04
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した非特許文献２に開示されたハンドガイドシステムにおいては、操作できる主方向が予めプログラムされているため、動作中に主方向（または決められた軌道）以外の方向へ操作することが難しく、また、操作者の意図で操作できる主方向を変更することはできないという事情があった。そのため、多品種生産を行う現場など、作業対象および作業内容の変更が頻繁に起こる場合には、（移動方向、移動量、或いはグリッパの開閉等のエンドエフェクタの操作タイミングなどの）システム操作に現場作業者の高度な判断を必要とし、対応しづらいという問題があった。さらに、作業自体が複雑でハンドガイドロボットを様々な方向に操作する必要がある場合にも対応しづらい。
【０００９】
他方で、上述した特許文献３に開示された技術は、ワークの搬送経路として適当な軌道上の点（即ち位置）で作業区間を区切り、各作業区間で自由度を規制するものであることから、作業中に搬送経路を外れて作業することが難しく、また、操作者の意図で操作できる搬送経路を変更することはできないという事情があった。そのため、多品種生産を行う現場など、作業対象および作業内容の変更が頻繁に起こる場合に、対応しづらいという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、操作者の意図とは異なる方向へのアクチュエータの動作を防ぐことができると共に、作業対象および作業内容の変更が頻繁に起こる場合でも簡単な設定変更で対応でき、多品種生産に好適なロボット制御装置およびその制御方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、入力手段を介した操作者の操作指示に応じてマニピュレータにおける各軸方向への移動または各軸回りの回転を制御可能なロボット装置を制御するロボット制御装置であって、前記ロボット装置による一連の作業を複数に分割した作業工程毎に、各軸方向への移動および各軸回りの回転それぞれの自由度について、個別に制限または非制限を制御テーブルとして設定する設定手段と、操作者からの作業工程切替指示を受け付ける工程切替手段と、各作業工程毎の制御テーブルに応じて前記マニピュレータを駆動制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、入力手段を介した作業者の操作指示に応じてマニピュレータにおける各軸方向への移動または各軸回りの回転を制御可能なロボット装置を制御するロボット制御装置であって、前記ロボット装置による一連の作業を複数に分割した作業工程毎に、各軸方向への移動における最大速度および各軸回りの回転における最大角速度を制御テーブルとして設定する設定手段と、操作者からの作業工程切替指示を受け付ける工程切替手段と、各作業工程毎の制御テーブルに応じて前記マニピュレータを駆動制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、入力手段を介した作業者の操作指示に応じてマニピュレータにおける各軸方向への移動または各軸回りの回転を制御可能なロボット装置を制御するロボット制御装置であって、前記ロボット装置による一連の作業を複数に分割した作業工程毎に、前記入力手段の操作量と各軸方向への移動および各軸回りの回転それぞれの動作速度との関係を規定する変換式を制御テーブルとして設定する設定手段と、操作者からの作業工程切替指示を受け付ける工程切替手段と、各作業工程毎の制御テーブルに応じて前記マニピュレータを駆動制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明は、入力手段を介した作業者の操作指示に応じてマニピュレータにおける各軸方向への移動または各軸回りの回転を制御可能なロボット装置を制御するロボット制御装置であって、前記ロボット装置による一連の作業を複数に分割した作業工程毎に、前記マニピュレータの可動範囲を制御テーブルとして設定する設定手段と、操作者からの作業工程切替指示を受け付ける工程切替手段と、各作業工程毎の制御テーブルに応じて前記マニピュレータを駆動制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のロボット制御装置において、前記分割した作業工程は、各作業工程を所定順に進めることで前記ロボット装置による一連の作業を形成するものであって、前記工程切替手段は、作業工程を１工程進める工程進みスイッチと、作業工程を１工程戻す工程戻りスイッチと、を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５の何れか１項に記載のロボット制御装置において、作業対象物の姿勢および位置を検出する検出手段を備え、前記工程切替手段は、前記検出手段の検出結果に基づき、現在の作業工程を認識することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項６の何れか１項に記載のロボット制御装置において、前記制御手段は、操作者の操作指示に応じ各作業工程毎の制御テーブルに基づきマニピュレータを駆動制御する第１の制御モードと、制御プログラムに基づきマニピュレータを駆動制御する第２の制御モードと、を備えることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のロボット制御装置において、前記第１の制御モードおよび前記第２の制御モードの切替は、手動または自動で行われることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項９に記載の発明は、入力手段を介した操作者の操作指示に応じてマニピュレータにおける各軸方向への移動または各軸回りの回転を制御可能なロボット装置を制御するロボット制御装置の制御方法であって、前記ロボット装置による一連の作業を複数の作業工程に分割し、該作業工程毎に各軸方向への移動および各軸回りの回転それぞれの自由度について、個別に制限または非制限を制御テーブルとして設定する設定ステップと、操作者からの作業工程切替指示を受け付ける工程切替ステップと、各作業工程毎の制御テーブルに応じて前記マニピュレータを駆動制御する制御ステップと、を備えることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１０に記載の発明は、入力手段を介した操作者の操作指示に応じてマニピュレータにおける各軸方向への移動または各軸回りの回転を制御可能なロボット装置を制御するロボット制御装置の制御方法であって、前記ロボット装置による一連の作業を複数に分割した作業工程毎に、各軸方向への移動における最大速度および各軸回りの回転における最大角速度を制御テーブルとして設定する設定ステップと、操作者からの作業工程切替指示を受け付ける工程切替ステップと、各作業工程毎の制御テーブルに応じて前記マニピュレータを駆動制御する制御ステップと、を備えることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１１に記載の発明は、入力手段を介した操作者の操作指示に応じてマニピュレータにおける各軸方向への移動または各軸回りの回転を制御可能なロボット装置を制御するロボット制御装置の制御方法であって、前記ロボット装置による一連の作業を複数に分割した作業工程毎に、前記入力手段の操作量と各軸方向への移動および各軸回りの回転それぞれの動作速度との関係を規定する変換式を制御テーブルとして設定する設定ステップと、操作者からの作業工程切替指示を受け付ける工程切替ステップと、各作業工程毎の制御テーブルに応じて前記マニピュレータを駆動制御する制御ステップと、を備えることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項１２に記載の発明は、入力手段を介した操作者の操作指示に応じてマニピュレータにおける各軸方向への移動または各軸回りの回転を制御可能なロボット装置を制御するロボット制御装置の制御方法であって、前記ロボット装置による一連の作業を複数に分割した作業工程毎に、前記マニピュレータの可動範囲を制御テーブルとして設定する設定ステップと、操作者からの作業工程切替指示を受け付ける工程切替ステップと、各作業工程毎の制御テーブルに応じて前記マニピュレータを駆動制御する制御ステップと、を備えることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項１３に記載の発明は、請求項９〜請求項１２の何れか１項に記載のロボット制御装置の制御方法において、前記分割した作業工程は、各作業工程を所定順に進めることで前記ロボット装置による一連の作業を形成するものであって、作業工程を１工程進める工程進みスイッチと、作業工程を１工程戻す工程戻りスイッチと、を備え、前記工程切替ステップは、前記工程進みスイッチまたは前記工程戻りスイッチの押下により行われることを特徴とする。
【００２４】
また、請求項１４に記載の発明は、請求項９〜請求項１３の何れか１項に記載のロボット制御装置の制御方法において、作業対象物の姿勢および位置を検出する検出ステップを備え、前記工程切替ステップは、前記検出ステップの検出結果に基づき、現在の作業工程を認識することを特徴とする。
【００２５】
また、請求項１５に記載の発明は、請求項９〜請求項１４の何れか１項に記載のロボット制御装置の制御方法において、前記制御ステップは、操作者の操作指示に応じ各作業工程毎の制御テーブルに基づきマニピュレータを駆動制御する第１の制御モードと、制御プログラムに基づきマニピュレータを駆動制御する第２の制御モードと、を備えることを特徴とする。
【００２６】
また、請求項１６に記載の発明は、請求項１５に記載のロボット制御装置の制御方法において、前記第１の制御モードおよび前記第２の制御モードの切替は、手動または自動で行われることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、ロボット装置による一連の作業を複数の作業工程に分割し、該作業工程毎に各軸方向への移動および各軸回りの回転それぞれの自由度について、個別に制限または非制限を制御テーブルとして設定し、各作業工程毎の制御テーブルに応じてマニピュレータを駆動制御することとし、操作者からの作業工程切替指示を受け付けるので、操作者の意図とは異なる方向への動作を防ぐことができると共に、作業対象および作業内容の変更が頻繁に起こる場合でも作業工程切替または簡単な設定変更で対応でき、多品種生産に好適なロボット制御装置およびその制御方法を実現することができる。
【００２８】
また，各作業工程毎の最大速度、変換式または可動範囲を設定する制御テーブルに応じてマニピュレータを駆動制御することとしたので、該作業工程に適した速度で作業を行うことができ、また、誤動作を抑制すると共に操作性・作業性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施例に係るロボット制御装置の概略構成を示す構成図である。
【図２】実施例のロボット制御装置における操作装置３０の外観を例示する斜視図である。
【図３】実施例１のロボット制御装置における制御装置４０の構成図である。
【図４】移動・設置作業における作業工程（実施例１）を例示する説明図である。
【図５】面合わせ作業における作業工程（実施例２）を例示する説明図である。
【図６】はめあい作業を説明する説明図である。
【図７】はめあい作業における作業工程（実施例３）を例示する説明図である。
【図８】実施例４のロボット制御装置における制御装置４０ａの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明のロボット制御装置およびその制御方法の実施例について、実施例１、実施例２、実施例３、実施例４の順に図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明では、入力手段を介した操作者の操作指示に応じてマニピュレータにおける各軸方向への移動または各軸回りの回転を制御可能なロボット装置として、ハンドガイドロボットを例示し、該ハンドガイドロボットを制御するロボット制御装置について説明する。本発明は該ハンドガイドロボットに限定されることなく、少なくともマニピュレータを備えて部分的に操作者との協働作業を行う（操作者が手動操作を行い得る）ものであれば、他のロボット装置にも適用可能である。
【実施例１】
【００３１】
図１は本発明の実施例１に係るロボット制御装置の概略構成を示す構成図である。同図において、本実施例のロボット制御装置は、制御対象としてのマニピュレータ１（以下では、総称してハンドガイドロボット１とも記す）と、操作装置３０と、制御装置４０と、を備えて構成されている。
【００３２】
マニピュレータ１は、６個のロータリアクチュエータ（駆動装置；図示せず）およびリンク（剛体の構造物）を備えている。各リンク１２，１３，１４および基台部の間は回動（屈曲）または旋回可能なジョイント（連結部）２２，２３，２４を介して接続され、それぞれロータリアクチュエータによって相対駆動されるようになっている。なお、６個のロータリアクチュエータは、制御装置４０から出力される制御信号に基づき制御され、空間６自由度の位置および姿勢が決定されることとなる。また、以下の説明では、ロータリアクチュエータをアクチュエータと略称する。
【００３３】
このマニピュレータ１において、第１リンク１２（即ち、基端側のリンク）は、第１ジョイント２２を介して基端側の基台部１１に接続され、また第２ジョイント２３を介して先端側の第２リンク１３に接続されている。なお、基台部１１は、後述の座標系におけるｚ軸回りの回転のみを行う回転ジョイント２１を介して台座に設置されている。
【００３４】
また、第２リンク１３は、第２ジョイント２３を介して基端側の第１リンク１２に接続され、また第３ジョイント２４を介して先端側の第３リンク１４に接続されている。さらに、第３リンク１４は、第３ジョイント２４を介して基端側の第２リンク１３に接続され、第３リンク１４の先端側にはグリッパ（把持部）１６が設置されている。
【００３５】
このマニピュレータ１先端のグリッパ（把持部）１６によりワークを把持し、運搬、加工、或いは図１に例示するようにワークＷ１を他のワークＷ２へのはめあい（組み立て）を行うものである。
【００３６】
また、操作者が当該ハンドガイドロボット１を操作するための操作装置３０も第３リンク１４の先端側に設置されている。図２には、本実施例のロボット制御装置における操作装置３０の外観を例示する斜視図を示す。
【００３７】
操作装置３０には、操作者が意図しない装置動作を防止するためのイネーブルスイッチ３１と、マニピュレータ１を手動操作するための操作桿３２および力覚センサ３３と、手動操作が可能である旨を報知する表示灯Ｌ１と、各種ボタンスイッチＢ１〜Ｂ５と、工程進みボタンスイッチ３４および工程戻りボタンスイッチ３５と、を備えている。
【００３８】
イネーブルスイッチ３１は、操作子が押された状態でのみ当該操作装置３０によるマニピュレータ１の操作を可能とし、操作子が押されない状態ではマニピュレータ１の操作を不可能とするためのスイッチである。イネーブルスイッチ３１としては、例えば、初期位置（非押圧位置）、押圧位置（中間位置）および押し込み位置の３点動作が可能である３点式スイッチが使用されている。なお、イネーブルスイッチ３１の操作子に外力が加えられないときには、初期位置（非押圧位置）に復帰する。
【００３９】
また、表示灯Ｌ１は、イネーブルスイッチ３１の操作子が押圧位置にあるときに点灯し、マニピュレータ１の手動操作が可能である旨を操作者に対して報知し、またイネーブルスイッチ３１の操作子が押し込み位置へ移動したときは消灯し、マニピュレータ１の手動操作が不可能となっている旨を操作者に対して報知する。なお、操作者の意図しない力加減によって、イネーブルスイッチ３１の操作子が押圧位置（中間位置）から外れた際にも表示灯Ｌ１は消灯し、操作者は手動操作が不可能になったことを認識できる。
【００４０】
また、操作桿３２および力覚センサ３３は一体化したものであり、操作者が操作桿３２に対して加える力、即ちｘ，ｙ，ｚの３軸並進方向の力成分並びに回転３軸回りのモーメント成分を６軸力覚センサ３３により同時に検出して、電気信号に変換する。
【００４１】
なお、マニピュレータ１の手動操作時には、操作者はイネーブルスイッチ３１および操作桿３２を左右それぞれの手で握る姿勢を取らざるを得ない構造となっている。このような構造とすることで、操作桿３２を持たない手を不用意に危険なところに持っていくような事故を未然に防ぐことができる。
【００４２】
また、各種ボタンスイッチＢ１〜Ｂ５として、例えば、非常停止ボタンスイッチ、自動／協働動作モード切替ボタンスイッチ、グリッパ開閉ボタンスイッチ等がある。ここで、本実施例のハンドガイドロボット１は、ハンドガイドロボット１が自律的に動作する自動動作モードと、ハンドガイドロボット１を操作者が操作する協働動作モードを備えており、自動／協働動作モード切替ボタンスイッチはこれら動作モードの遷移を行うためのスイッチである。なお、自動動作モードでは、教示・プレイバックやセンサ処理等による認識・判断に従って実現できる作業を行う。
【００４３】
また、本実施例のロボット制御装置は、ハンドガイドロボット１による一連の作業を複数に分割した作業工程毎に、各軸方向への移動および各軸回りの回転それぞれの自由度について、個別に制限または非制限を制御テーブルとして設定し、各作業工程毎の制御テーブルに応じてマニピュレータを駆動制御する点に特徴がある。
【００４４】
ここで、分割した作業工程は、各作業工程を所定順に進めることでハンドガイドロボット１による一連の作業を形成するものであるが、工程進みボタンスイッチ３４および工程戻りボタンスイッチ３５は、作業者が操作中に作業工程を切り替える際に使用するものである。つまり、工程進みボタンスイッチ３４の押下により作業工程は１工程だけ先に進められ、また工程戻りボタンスイッチ３５の押下により作業工程は１工程だけ前に戻される。
【００４５】
なお、工程進みボタンスイッチ３４および工程戻りボタンスイッチ３５を、各種ボタンスイッチＢ１〜Ｂ５とは別に操作桿３２の先端部分に配置しているのは、これらボタンスイッチが操作中に使用されるものであり、操作者が操作桿３２を握った状態から即座にこれらボタンスイッチを押下できるようにするためである。
【００４６】
また、図３に本実施例のロボット制御装置における制御装置４０の構成図を示す。同図に示す制御装置４０は、補正部４１、第１座標変換部４２、自由度制御部４３、力−速度変換部４３ａ、第２座標変換部４４、指令生成部４５、工程管理部４６および記憶部４７を備えた構成である。
【００４７】
記憶部４７では各種制御パラメータを記憶している。制御パラメータの１つとして、作業工程単位で、各軸方向への移動および各軸回りの回転それぞれの自由度について個別に制限または非制限が設定される作業リストがある。特許請求の範囲にいう制御テーブルは、この作業工程毎の作業リスト群である。
【００４８】
操作者は、当該ハンドガイドロボット１を用いて作業を行うに先立って、一連の作業を複数の作業工程に分割し、作業工程毎に各軸方向への移動および各軸回りの回転それぞれの自由度についての制限／非制限を決定して、制御装置４０の記憶部４７に制御テーブルとして登録する。
【００４９】
具体的に、作業リストは、後述の自由度制限部４３において、操作桿３２に加えられた力成分およびモーメント成分にそれぞれゲイン係数を掛け合わせて操作量を生成する際の各軸のゲイン係数である。各軸方向への移動および各軸回りの回転それぞれの自由度について、制限する場合には「ゲイン係数＝０」を、また非制限の場合には「ゲイン係数＝１」を設定することとなる。なお、制御テーブルの登録設定は、例えば、操作パネル（図示せず）等を介して入力する入力ソフトを用いて行えば良い。
【００５０】
また、工程管理部４６は、工程進みボタンスイッチ３４および工程戻りボタンスイッチ３５からのＯＮ信号に基づき、現時点の作業工程番号を管理する。工程進みボタンスイッチ３４の押下（ＯＮ）により作業工程番号はインクリメントされ、また工程戻りボタンスイッチ３５の押下（ＯＮ）により作業工程番号はデクリメントされる。
【００５１】
なお、作業工程番号の初期値は例えば「１」であり、Ｎ個の作業工程に分割したとすると、現時点の作業工程番号がＮの時に工程進みボタンスイッチ３４が押下されてもインクリメントされない。また、作業工程番号を初期値に戻すリセットボタンスイッチ等を用意しておくのが望ましい。
【００５２】
次に、補正部４１は、力覚センサ３３により検出されるｘ軸，ｙ軸およびｚ軸の３軸並進方向の力成分並びに回転３軸回りのモーメント成分を入力して、ゼロ点補正を行う。このゼロ点補正は、６軸の検出成分毎に操作者が操作桿３２を握って力覚センサ３３に力を加える直前の値を力覚センサ３３の初期値として保持しておき、該初期値を参照して行われる。
【００５３】
また、第１座標変換部４２は、力覚センサ３３により検出される検出成分、即ち力覚センサ３３に加えられた３軸並進方向の力成分Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚおよび回転３軸回りのモーメント成分Ｓθｘ，Ｓθｙ，Ｓθｚを、操作者が操作桿３２に加えた成分、即ち３軸並進方向の力成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚおよび回転３軸回りのモーメント成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚに変換する。つまり、図１に示す力覚センサ３３のセンサ座標系Ｐから操作者の操作入力座標系Ｏへの座標変換である。
【００５４】
例えば、操作者がｘ軸方向に入力したとしても、力覚センサ３３はｘ軸並進方向の力成分とｙ軸回りモーメント成分を検出することから、操作者の握り手位置と力覚センサ３３測定面との位置関係に基づきこの第１座標変換部４２による補正を行う必要がある。
【００５５】
また、自由度制御部４３は、操作者が操作桿３２に加えた成分、即ち３軸並進方向の力成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚおよび回転３軸回りのモーメント成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚと、現時点での作業リスト｛Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ，Ｇθｘ，Ｇθｙ，Ｇθｚ；１または０｝と、に基づき、各軸の操作量、即ち３軸並進方向の操作量Ｆｘ＿ｃ，Ｆｙ＿ｃ，Ｆｚ＿ｃおよび３軸回りの回転操作量Ｍｘ＿ｃ，Ｍｙ＿ｃ，Ｍｚ＿ｃを生成する。
【００５６】
具体的に、以下に示す演算が行われる。
【００５７】
（数１）
ｘ軸並進方向の操作量Ｆｘ＿ｃ＝Ｇｘ・Ｆｘ
ｙ軸並進方向の操作量Ｆｙ＿ｃ＝Ｇｙ・Ｆｙ
ｚ軸並進方向の操作量Ｆｚ＿ｃ＝Ｇｚ・Ｆｚ
ｘ軸回りの回転操作量Ｍｘ＿ｃ＝Ｇθｘ・Ｍｘ
ｙ軸回りの回転操作量Ｍｙ＿ｃ＝Ｇθｙ・Ｍｙ
ｚ軸回りの回転操作量Ｍｚ＿ｃ＝Ｇθｚ・Ｍｚ                      （１）
また、力−速度変換部４３ａは、各軸の操作量、即ち３軸並進方向の操作量Ｆｘ＿ｃ，Ｆｙ＿ｃ，Ｆｚ＿ｃおよび３軸回りの回転操作量Ｍ＿ｃ，Ｍｙ＿ｃ，Ｍｚ＿ｃそれぞれに、特性変換関数αを掛け合わせて、操作桿３２における速度入力量、即ち３軸並進方向の速度入力量Ｖｓｘ，Ｖｓｙ，Ｖｓｚおよび回転３軸回りの速度入力量Ｖｓｃ，Ｖｓｂ，Ｖｓａを生成する。ここで、特性変換関数αは、許容最大操作量Ｉｍａｘと最大速度Ｖｍａｘに基づき、α＝Ｖｍａｘ／Ｉｍａｘとして定義される。
【００５８】
具体的に、以下に示すような変換式に基づく演算が行われる。
【００５９】
（数２）
ｘ軸並進方向の速度入力量Ｖｓｘ＝α・Ｆｘ＿ｃ
ｙ軸並進方向の速度入力量Ｖｓｙ＝α・Ｆｙ＿ｃ
ｚ軸並進方向の速度入力量Ｖｓｚ＝α・Ｆｚ＿ｃ
ｘ軸回りの速度入力量Ｖｓｃ＝α・Ｍｘ＿ｃ
ｙ軸回りの速度入力量Ｖｓｂ＝α・Ｍｙ＿ｃ
ｚ軸回りの速度入力量Ｖｓａ＝α・Ｍｚ＿ｃ                        （２）
また、第２座標変換部４４は、力−速度変換部４３ａで生成された操作桿３２における速度入力量、即ち３軸並進方向の速度入力量Ｖｓｘ，Ｖｓｙ，Ｖｓｚおよび回転３軸回りの速度入力量Ｖｓｃ，Ｖｓｂ，Ｖｓａを、マニピュレータ１の手先位置（ＴＣＰ：エンドエフェクタ中心点）での操作量（速度入力量）、即ち３軸並進方向の操作量Ｃｘ，Ｃｙ，Ｃｚおよび３軸回りの回転操作量Ｃｃ，Ｃｂ，Ｃａに変換する。つまり、図１に示す操作者の操作入力座標系Ｏへの座標変換からツール座標系（エンドエフェクタ座標系）Ｑへの座標変換である。
【００６０】
さらに、指令生成部４５は、ツール座標系Ｑに座標変換された３軸並進方向の操作量Ｃｘ，Ｃｙ，Ｃｚおよび３軸回りの回転操作量Ｃｃ，Ｃｂ，Ｃａに基づき手先速度指令を生成し、アクチュエータに出力してマニピュレータ１を動作させる。
【００６１】
次に、具体的な作業を図４に例示して、本実施例のロボット制御装置の制御方法について説明する。図４は、移動・設置作業における作業工程を例示する説明図である。
【００６２】
図４（ａ）に示すように、第１フェンス並びに窓の開いた第２フェンスに挟まれた自動動作エリアにハンドガイドロボット（マニピュレータ）１が設置されている。この作業例におけるハンドガイドロボット１による一連の作業は、自動動作エリア内の台座に載置されている直方体形状のワークＷ１を第２フェンスの窓をくぐって移動させ、第２フェンスの操作者側のハンドガイド・エリアの台座に載置されている箱形状のワークＷ２の凹部にはめ込むものである。
【００６３】
図４（ａ）に示す状態から図４（ｂ）に示す状態まで、即ちグリッパ１６により自動動作エリア内のワークＷ１を把持して、ハンドガイド・エリアの所定位置まで移動するまでの作業工程は、自動動作モードで行われる。
【００６４】
ここで、ワークＷ１がハンドガイド・エリアの所定位置に到達した段階で、ハンドガイドロボット（マニピュレータ）１は自動動作モードから協働動作モードへ遷移する。なお、現時点が自動動作モードまたは協働動作モードの何れの動作モードであるかは、表示灯などの報知手段を介して操作者に報知される。
【００６５】
次に、協働動作モード下で、操作者の操作に従ってワークＷ１をワークＷ２の凹部にはめ込む設置作業が行われる。ここでは、一連の設置作業を、ワークＷ１をワークＷ２凹部の開口面近傍まで移動する第１作業工程と、ワークＷ１の底面（または側面）とワークＷ２凹部の開口面（または凹部の側面）とを平行にする第２作業工程と、ワークＷ１底面の１つの角部とワークＷ２凹部の開口面の対応する角部との位置を合わせる第３作業工程（図４（ｃ）参照）と、ワークＷ１底面の各辺とワークＷ２凹部の開口面の各辺との位置を合わせる第４作業工程と、ワークＷ１をワークＷ２の凹部にはめ込む第５作業工程（図４（ｄ）参照）と、に分割するものとする。
【００６６】
また、予め操作者が制御装置４０の記憶部４７に登録設定する制御テーブル、即ち作業工程毎の作業リスト｛Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ，Ｇθｘ，Ｇθｙ，Ｇθｚ｝は、次の通りである。
【００６７】
（数３）
第１作業工程の作業リスト：｛１，１，１，０，０，０｝
第２作業工程の作業リスト：｛０，０，０，１，０，１｝
第３作業工程の作業リスト：｛１，１，１，０，０，０｝
第４作業工程の作業リスト：｛０，０，０，１，０，０｝
第５作業工程の作業リスト：｛０，０，１，０，０，０｝              （３）
まず、第１作業工程では、第１作業工程の作業リストに応じたマニピュレータ１の駆動制御により、ｘ軸，ｙ軸およびｚ軸の３軸並進のみ操作可能で、ｃ軸，ｂ軸およびａ軸の３軸回転の操作は不可能となる。この駆動制御で操作者はワークＷ１をワークＷ２凹部の開口面近傍まで移動する。
【００６８】
次に、第２作業工程では、第２作業工程の作業リストに応じたマニピュレータ１の駆動制御により、ｃ軸およびａ軸の２軸回転の操作のみ操作可能で、ｘ軸，ｙ軸およびｚ軸の３軸並進並びにｂ軸回転の操作は不可能となる。この駆動制御で操作者はワークＷ１の底面（または側面）とワークＷ２凹部の開口面（または凹部の側面）とを平行にする。
【００６９】
次に、第３作業工程では、第３作業工程の作業リストに応じたマニピュレータ１の駆動制御により、ｘ軸，ｙ軸およびｚ軸の３軸並進のみ操作可能で、ｃ軸，ｂ軸およびａ軸の３軸回転の操作は不可能となる。この駆動制御で操作者はワークＷ１底面の１つの角部とワークＷ２凹部の開口面の対応する角部との位置を合わせる。
【００７０】
次に、第４作業工程では、第４作業工程の作業リストに応じたマニピュレータ１の駆動制御により、ｃ軸回転の操作のみ操作可能で、ｘ軸，ｙ軸およびｚ軸の３軸並進並びにｂ軸およびａ軸の２軸回転の操作は不可能となる。この駆動制御で操作者はワークＷ１底面の各辺とワークＷ２凹部の開口面の各辺との位置を合わせる。
【００７１】
さらに、第５作業工程では、第５作業工程の作業リストに応じたマニピュレータ１の駆動制御により、ｚ軸並進のみ操作可能で、ｙ軸およびｚ軸の２軸並進並びにｃ軸，ｂ軸およびａ軸の３軸回転の操作は不可能となる。この駆動制御で操作者はワークＷ１をワークＷ２の凹部にはめ込む。
【００７２】
操作者は、各作業工程（第１作業工程〜第４作業工程）を終了したと判断して次の作業工程（それぞれ第２作業工程〜第５作業工程）に進む際には、工程進みボタンスイッチ３４を押下する。また、各作業工程（第２作業工程〜第５作業工程）を作業している最中に、例えば前作業工程の終了状態が不完全であったと判断した場合などには、工程戻りボタンスイッチ３５を押下することにより作業工程を１工程だけ前に戻すことが可能である。
【００７３】
以上説明したように、本実施例のロボット制御装置およびその制御方法では、操作装置３０（入力手段）を介した操作者の操作指示に応じてマニピュレータにおける各軸方向への移動または各軸回りの回転を制御可能なハンドガイドロボット１を制御するロボット制御装置において、ハンドガイドロボット１による一連の作業を複数の作業工程に分割し、該作業工程毎に各軸方向への移動および各軸回りの回転それぞれの自由度について、個別に制限または非制限を制御テーブルとして設定し、制御装置４０により、各作業工程毎の制御テーブルに応じてマニピュレータを駆動制御することとし、操作者からの作業工程切替指示を受け付ける。
【００７４】
このように、各作業工程において予め操作者が非制限として設定した軸方向への移動または軸回りの回転のみが操作可能となるので、操作者の手ぶれ等による意図とは異なる方向へのアクチュエータの動作を防ぐことができ、作業に必要のない方向へ操作されてしまうことを抑制することができる。
【００７５】
また、操作中に操作者の判断で作業工程を変更できるため、作業対象の変更（大きさの違いなど）や、作業のリトライに対応しやすく、また操作者は予め決められた手順に従って工程を変更するので、ミスが少なく、品質を均一化しやすい。結果として、作業対象および作業内容の変更が頻繁に起こる場合でも作業工程切替または簡単な設定変更で対応でき、多品種生産に好適なロボット制御装置およびその制御方法を実現することができる。
【００７６】
また、本実施例のロボット制御装置およびその制御方法では、分割した作業工程は、各作業工程を所定順に進めることでハンドガイドロボット１による一連の作業を形成するものであって、作業工程を１工程進める工程進みボタンスイッチ３４と、作業工程を１工程戻す工程戻りボタンスイッチ３５と、を備え、工程切替は工程進みボタンスイッチ３４または工程戻りボタンスイッチ３５の押下により行われる。
【００７７】
例えば、各作業工程を作業している最中に、前作業工程の終了状態が不完全であったと判断した場合などには、工程戻りボタンスイッチ３５の押下により前作業工程に戻ることができ、現時点でのワークＷ１の状態（姿勢および位置）から状態の修正を行うことができる。なお、状態修正後は，工程進みボタンスイッチ３４の押下により元の作業工程へ進めて元の作業工程へ復帰し、作業を継続することが可能である。
【００７８】
これは、作業工程の分割を作業内容（軸方向への移動または軸回りの回転の内どの軸の自由度が必要であるか）に基づいて行っているためである。特許文献３に開示された技術（即ち、ワークの搬送経路として適当な軌道上の点（即ち位置）で作業区間を区切って各作業区間で自由度を規制するもの）において、作業途中に状態を修正したい場合などには、前作業工程が開始される軌道上の点にまで戻して改めて該作業工程の作業を行う必要があるのと対照的である。
【００７９】
また、本実施例のロボット制御装置およびその制御方法では、操作者の操作指示に応じ各作業工程毎の制御テーブルに基づきマニピュレータを駆動制御する第１の制御モード（協働動作モード）と、制御プログラムに基づきマニピュレータを駆動制御する第２の制御モード（自動動作モード）と、を備え、第１の制御モードおよび第２の制御モードの切替は、手動または自動で行われる。
【００８０】
例えば、教示・プレイバックやセンサ処理等による認識・判断に従って実現できる作業は第２の制御モード（自動動作モード）でハンドガイドロボット１が自律的に作業を行い、教示や認識・判断が難しい作業は第１の制御モード（協働動作モード）で操作者の手動により作業を行う。このように作業の種類・難易度に応じてモードを切り替えることでより効率的にハンドガイドロボット１を活用することができる。
【実施例２】
【００８１】
次に、本発明の実施例２に係るロボット制御装置およびその制御方法について、図５を参照して説明する。図５は、面合わせ作業における作業工程を例示する説明図である。なお、ロボット制御装置の構成については実施例１（図１〜図３参照）と同等である。また、本実施例は協働動作モード下での作業のみを説明することとし、該作業の前後について動作モードは限定されない。
【００８２】
本実施例では、操作者の操作に従ってワークＷ２１の１つの面をワークＷ２２の１つの面に面合わせする作業が行われる。ここでは、一連の面合わせ作業を、ワークＷ２１をワークＷ２２の面合わせする側の面近傍まで移動して、ワークＷ２１の面合わせする側の面の１つの角部をワークＷ２２の面合わせする側の面に点接触させる第１作業工程（図５（ａ）から図５（ｂ）まで）と、ワークＷ２１の面合わせする側の面の１つの辺をワークＷ２２の面合わせする側の面に線接触させる第２作業工程（図５（ｂ）から図５（ｃ）まで）と、ワークＷ２１の面合わせする側の面をワークＷ２２の面合わせする側の面に面接触させる第３作業工程（図５（ｃ）から図５（ｄ）まで）と、に分割するものとする。
【００８３】
また、予め操作者が制御装置４０の記憶部４７に登録設定する制御テーブル、即ち作業工程毎の作業リスト｛Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ，Ｇθｘ，Ｇθｙ，Ｇθｚ｝は、次の通りである。
【００８４】
（数４）
第１作業工程の作業リスト：｛１，１，１，０，０，０｝
第２作業工程の作業リスト：｛０，０，０，０，１，１｝
第３作業工程の作業リスト：｛０，０，０，１，０，０｝              （４）
まず、第１作業工程ＷＰ２１では、第１作業工程の作業リストに応じたマニピュレータ１の駆動制御により、ｘ軸，ｙ軸およびｚ軸の３軸並進のみ操作可能で、ｃ軸，ｂ軸およびａ軸の３軸回転（ｘ軸，ｙ軸およびｚ軸の軸回りの回転）の操作は不可能となる。この駆動制御で操作者はワークＷ２１をワークＷ２２の面合わせする側の面近傍まで移動して、ワークＷ２１の面合わせする側の面の１つの角部をワークＷ２２の面合わせする側の面に点接触させる。
【００８５】
次に、第２作業工程ＷＰ２２では、第２作業工程の作業リストに応じたマニピュレータ１の駆動制御により、ｂ軸およびａ軸の２軸回転の操作のみ操作可能で、ｘ軸，ｙ軸およびｚ軸の３軸並進並びにｃ軸回転の操作は不可能となる。この駆動制御で操作者はワークＷ２１の面合わせする側の面の１つの辺をワークＷ２２の面合わせする側の面に線接触させる。
【００８６】
次に、第３作業工程ＷＰ２３では、第３作業工程の作業リストに応じたマニピュレータ１の駆動制御により、ｚ軸並進のみ操作可能で、ｙ軸およびｚ軸の２軸並進並びにｃ軸，ｂ軸およびａ軸の３軸回転の操作は不可能となる。この駆動制御で操作者はワークＷ２１の面合わせする側の面をワークＷ２２の面合わせする側の面に面接触させる。
【００８７】
操作者は、各作業工程（第１作業工程および第２作業工程）を終了したと判断して次の作業工程（それぞれ第２作業工程および第３作業工程）に進む際には、工程進みボタンスイッチ３４を押下する。また、各作業工程（第２作業工程および第３作業工程）を作業している最中に、例えば前作業工程の終了状態が不完全であったと判断した場合などには、工程戻りボタンスイッチ３５を押下することにより作業工程を１工程だけ前に戻すことが可能である。
【００８８】
以上説明したように、本実施例のロボット制御装置およびその制御方法では、実施例１と同等の効果を奏し、作業対象および作業内容の変更が頻繁に起こる場合でも作業工程切替または簡単な設定変更で対応でき、多品種生産に好適なロボット制御装置およびその制御方法を実現することができる。
【実施例３】
【００８９】
次に、本発明の実施例３に係るロボット制御装置およびその制御方法について、図６および図７を参照して説明する。ここで、図６は、はめあい作業を説明する説明図であり、図７は、はめあい作業における作業工程を例示する説明図である。なお、ロボット制御装置の構成については実施例１（図１〜図３参照）と同等である。また、本実施例は協働動作モード下での作業のみを説明することとし、該作業の前後について動作モードは限定されない。
【００９０】
本実施例では、ハンドガイドロボット１のグリッパ１６に把持され、面の４角にそれぞれ穴部を備えるワーク３１を、固定され、一方の面の４角にそれぞれ突起状の軸を持つワーク３２にはめ合わせる作業を行う。
【００９１】
ここでは、協働動作モード下での一連の設置作業を、ワークＷ３１をワークＷ３２の軸近傍まで搬送する第１作業工程と、ワークＷ３１の面方向とワークＷ３２の面方向とを平行にする第２作業工程と、ワークＷ３１の１つの穴部とワークＷ３２の１つの軸との位置を合わせる第３作業工程と、合わせた軸中心にワークＷ３１を回転させて、残りの穴部とワークＷ３２の対応する軸との位置を合わせる第４作業工程と、ワークＷ３１の各穴部をワークＷ３２の各軸にはめ込む第５作業工程と、に分割するものとする。
【００９２】
また、予め操作者が制御装置４０の記憶部４７に登録設定する制御テーブル、即ち作業工程毎の作業リスト｛Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ，Ｇθｘ，Ｇθｙ，Ｇθｚ｝は、次の通りである。
【００９３】
（数５）
第１作業工程の作業リスト：｛１，１，１，０，０，０｝
第２作業工程の作業リスト：｛０，０，０，１，０，１｝
第３作業工程の作業リスト：｛１，０，１，０，０，０｝
第４作業工程の作業リスト：｛０，０，０，０，１，０｝
第５作業工程の作業リスト：｛０，１，０，０，０，０｝              （５）
まず、第１作業工程ＷＰ３１では、第１作業工程の作業リストに応じたマニピュレータ１の駆動制御により、ｘ軸，ｙ軸およびｚ軸の３軸並進のみ操作可能で、ｃ軸，ｂ軸およびａ軸の３軸回転の操作は不可能となる。この駆動制御で操作者はワークＷ３１をワークＷ３２の軸近傍まで搬送する。
【００９４】
次に、第２作業工程ＷＰ３２では、第２作業工程の作業リストに応じたマニピュレータ１の駆動制御により、ｃ軸およびａ軸の２軸回転の操作のみ操作可能で、ｘ軸，ｙ軸およびｚ軸の３軸並進並びにｂ軸回転の操作は不可能となる。この駆動制御で操作者はワークＷ３１の面方向とワークＷ３２の面方向とを平行にする。
【００９５】
次に、第３作業工程ＷＰ３３では、第３作業工程の作業リストに応じたマニピュレータ１の駆動制御により、ｘ軸およびｚ軸の２軸並進のみ操作可能で、ｙ軸並進並びにｃ軸，ｂ軸およびａ軸の３軸回転の操作は不可能となる。この駆動制御で操作者はワークＷ３１の１つの穴部とワークＷ３２の１つの軸との位置を合わせる。
【００９６】
次に、第４作業工程ＷＰ３４では、第４作業工程の作業リストに応じたマニピュレータ１の駆動制御により、ｂ軸回転の操作のみ操作可能で、ｘ軸，ｙ軸およびｚ軸の３軸並進並びにｃ軸およびａ軸の２軸回転の操作は不可能となる。この駆動制御で操作者は合わせた軸中心にワークＷ３１を回転させて、残りの穴部とワークＷ３２の対応する軸との位置を合わせる。
【００９７】
さらに、第５作業工程ＷＰ３５では、第５作業工程の作業リストに応じたマニピュレータ１の駆動制御により、ｙ軸並進のみ操作可能で、ｘ軸およびｚ軸の２軸並進並びにｃ軸，ｂ軸およびａ軸の３軸回転の操作は不可能となる。この駆動制御で操作者はワークＷ３１の各穴部をワークＷ３２の各軸にはめ込む。
【００９８】
操作者は、各作業工程（第１作業工程〜第４作業工程）を終了したと判断して次の作業工程（それぞれ第２作業工程〜第５作業工程）に進む際には、工程進みボタンスイッチ３４を押下する。また、各作業工程（第２作業工程〜第５作業工程）を作業している最中に、例えば前作業工程の終了状態が不完全であったと判断した場合などには、工程戻りボタンスイッチ３５を押下することにより作業工程を１工程だけ前に戻すことが可能である。
【００９９】
以上説明したように、本実施例のロボット制御装置およびその制御方法では、実施例１と同等の効果を奏し、作業対象および作業内容の変更が頻繁に起こる場合でも作業工程切替または簡単な設定変更で対応でき、多品種生産に好適なロボット制御装置およびその制御方法を実現することができる。
【実施例４】
【０１００】
次に、本発明の実施例４に係るロボット制御装置およびその制御方法について説明する。
【０１０１】
実施例１〜実施例３に例示したロボット制御装置は、ハンドガイドロボット１による一連の作業を複数に分割した作業工程毎に、各軸方向への移動および各軸回りの回転それぞれの自由度について、個別に制限または非制限を制御テーブルとして設定し、各作業工程毎の制御テーブルに応じてマニピュレータを駆動制御することに特徴があったが、本実施例では、該特徴にさらに以下の特徴が加わる。
【０１０２】
すなわち、各作業工程毎に，各軸方向への移動における最大速度および各軸回りの回転における最大角速度、操作量と各軸方向への移動および各軸回りの回転それぞれの動作速度との関係を規定する変換式、並びに、マニピュレータの可動範囲それぞれを制御テーブルとして設定し、各作業工程毎の制御テーブルに応じてマニピュレータを駆動制御する点である。
【０１０３】
本実施例のロボット制御装置の概略構成は実施例１の構成（図１参照）と同等である。また、図８に本実施例のロボット制御装置における制御装置４０ａの構成図を示す。同図に示す制御装置４０ａは、補正部４１、第１座標変換部４２、自由度制御部４３、力−速度変換部４３ａ、可動範囲制限部４３ｂ、第２座標変換部４４、指令生成部４５、工程管理部４６および記憶部４７ａを備えた構成である。
【０１０４】
記憶部４７ａでは各種制御パラメータを記憶している。制御パラメータとしては、実施例１と同様に、作業工程単位で、各軸方向への移動および各軸回りの回転それぞれの自由度について個別に制限または非制限が設定される自由度作業リスト（実施例１の作業リストに該当する）がある。また本実施例では、この自由度作業リストの他に、各軸方向への移動における最大速度および各軸回りの回転における最大角速度、並びに、操作量と各軸方向への移動および各軸回りの回転それぞれの動作速度との関係を規定する特性変換について、作業工程単位で個別に設定される操作特性作業リストと、マニピュレータ１の可動範囲について、作業工程単位で個別に設定される操作範囲作業リストと、を備えている。特許請求の範囲にいう制御テーブルは、この作業工程毎の作業リスト群である。
【０１０５】
操作者は、当該ハンドガイドロボット１を用いて作業を行うに先立って、一連の作業を複数の作業工程に分割し、作業工程毎に各軸方向への移動および各軸回りの回転それぞれの自由度についての制限／非制限を決定し、また作業工程毎に，各軸方向への移動における最大速度および各軸回りの回転における最大角速度、操作量と各軸方向への移動および各軸回りの回転それぞれの動作速度との関係を規定する変換式、並びに、マニピュレータの可動範囲それぞれを決定して、制御装置４０ａの記憶部４７ａに制御テーブルとして登録する。
【０１０６】
具体的に、自由度作業リストは、後述の自由度制限部４３において、操作桿３２に加えられた力成分およびモーメント成分にそれぞれゲイン係数を掛け合わせて操作量を生成する際の各軸のゲイン係数である。各軸方向への移動および各軸回りの回転それぞれの自由度について、制限する場合には「ゲイン係数＝０」を、また非制限の場合には「ゲイン係数＝１」を設定することとなる。
【０１０７】
また、操作特性作業リストは、後述の力−速度変換部４３ａにおいて、各軸の操作量および特性変換関数に基づき操作桿３２における速度入力量を生成する際の特性変換関数を規定する最大速度および最大角速度並びに変換式である。本実施例では、ｘ軸，ｙ軸およびｚ軸の３軸並進方向への移動における最大速度Ｖｍａｘ［ｍｍ／ｓｅｃ］と、３軸回りの回転における最大角速度Ｖｍａｘ［ｄｅｇ／ｓｅｃ］と、該作業工程における変換式の種別と、をそれぞれ設定するものとする。なお、軸単位で設定可能であることは言うまでもない。
【０１０８】
ここでは、変換式の種別として、Ａ：「速度入力＝α・（操作量）」、Ｂ：「速度入力＝β・（操作量）２」またはＣ：「速度入力＝γ・（操作量）３」の内何れか１つを選択可能とするものとする。なお、特性変換関数α、βおよびγは、許容最大操作量をＩｍａｘとし、最大速度をＶｍａｘとするとき、それぞれα＝Ｖｍａｘ／Ｉｍａｘ、β＝Ｖｍａｘ／Ｉｍａｘ２およびγ＝Ｖｍａｘ／Ｉｍａｘ３として規定される。また、制御テーブルの各作業リストへの登録設定は、例えば、操作パネル（図示せず）等を介して入力する入力ソフトを用いて行えば良い。
【０１０９】
また、操作範囲作業リストは、作業工程単位で個別に設定されるマニピュレータ１の可動範囲である。より具体的には、マニピュレータ１先端のグリッパ（把持部）１６により把持されるワークの外部周囲の可動範囲を想定して、マニピュレータ１の手先位置（ＴＣＰ）（または該ワークの所定の基準点）についての可動範囲（可動空間）を設定する。この可動範囲内か否かの判断は後述の可変範囲制限部４３ｂにおいて行われる。なお、判断を行うための演算量は増えるが、外部周囲の可動範囲を設定して判断を行うことも可能である。
【０１１０】
また、工程管理部４６は、実施例１と同様に、工程進みボタンスイッチ３４および工程戻りボタンスイッチ３５からのＯＮ信号に基づき、現時点の作業工程番号を管理する。工程進みボタンスイッチ３４の押下（ＯＮ）により作業工程番号はインクリメントされ、また工程戻りボタンスイッチ３５の押下（ＯＮ）により作業工程番号はデクリメントされる。
【０１１１】
次に、補正部４１は、実施例１と同様に、力覚センサ３３により検出されるｘ軸，ｙ軸およびｚ軸の３軸並進方向の力成分並びに回転３軸回りのモーメント成分を入力して、ゼロ点補正を行う。
【０１１２】
また、第１座標変換部４２は、実施例１と同様に、力覚センサ３３により検出される検出成分、即ち力覚センサ３３に加えられた３軸並進方向の力成分Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚおよび回転３軸回りのモーメント成分Ｓθｘ，Ｓθｙ，Ｓθｚを、操作者が操作桿３２に加えた成分、即ち３軸並進方向の力成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚおよび回転３軸回りのモーメント成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚに変換する。つまり、図１に示す力覚センサ３３のセンサ座標系Ｐから操作者の操作入力座標系Ｏへの座標変換である。
【０１１３】
また、自由度制御部４３は、操作者が操作桿３２に加えた成分、即ち３軸並進方向の力成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚおよび回転３軸回りのモーメント成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚと、現時点での自由度作業リスト｛Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ，Ｇθｘ，Ｇθｙ，Ｇθｚ；１または０｝と、に基づき、各軸の操作量、即ち３軸並進方向の操作量Ｆｘ＿ｃ，Ｆｙ＿ｃ，Ｆｚ＿ｃおよび３軸回りの回転操作量Ｍｘ＿ｃ，Ｍｙ＿ｃ，Ｍｚ＿ｃを生成する。具体的に、実施例１の式（１）と同様の演算が行われる。
【０１１４】
また、力−速度変換部４３ａは、操作特性作業リストで指定された変換式において、各軸の操作量、即ち３軸並進方向の操作量Ｆｘ＿ｃ，Ｆｙ＿ｃ，Ｆｚ＿ｃおよび３軸回りの回転操作量Ｍ＿ｃ，Ｍｙ＿ｃ，Ｍｚ＿ｃそれぞれに、指定された特性変換関数α、βまたはγを掛け合わせて、操作桿３２における速度入力量、即ち３軸並進方向の速度入力量Ｖｓｘ，Ｖｓｙ，Ｖｓｚおよび回転３軸回りの速度入力量Ｖｓｃ，Ｖｓｂ，Ｖｓａを生成する。
【０１１５】
例えば、操作特性作業リストにおいて変換式Ｂが指定されているとき、以下に示すような変換式に基づく演算が行われる。
【０１１６】
（数６）
ｘ軸並進方向の速度入力量Ｖｓｘ＝β・Ｆｘ＿ｃ２
ｙ軸並進方向の速度入力量Ｖｓｙ＝β・Ｆｙ＿ｃ２
ｚ軸並進方向の速度入力量Ｖｓｚ＝β・Ｆｚ＿ｃ２
ｘ軸回りの速度入力量Ｖｓｃ＝β・Ｍｘ＿ｃ２
ｙ軸回りの速度入力量Ｖｓｂ＝β・Ｍｙ＿ｃ２
ｚ軸回りの速度入力量Ｖｓａ＝β・Ｍｚ＿ｃ２                        （６）
また、第２座標変換部４４は、力−速度変換部４３ａで生成された操作桿３２における速度入力量、即ち３軸並進方向の速度入力量Ｖｓｘ，Ｖｓｙ，Ｖｓｚおよび回転３軸回りの速度入力量Ｖｓｃ，Ｖｓｂ，Ｖｓａを、マニピュレータ１の手先位置（ＴＣＰ：エンドエフェクタ中心点）での操作量（速度入力量）、即ち３軸並進方向の操作量Ｖｔｘ，Ｖｔｙ，Ｖｔｚおよび３軸回りの回転操作量Ｖｔｃ，Ｖｔｂ，Ｖｔａに変換する。つまり、図１に示す操作者の操作入力座標系Ｏへの座標変換からツール座標系（エンドエフェクタ座標系）Ｑへの座標変換である。
【０１１７】
また、可動範囲制限部４３ｂは、各軸についての速度入力量の積分から現在位置を確認して、現操作量（速度入力量）に基づく移動後にマニピュレータ１の手先位置（ＴＣＰ）が操作範囲作業リストに設定された可動範囲内にあるか否かを判断する。該判断の結果、例えばｘ軸方向について可動範囲外にある場合には、ｘ軸方向の操作量をＣｘ＝０として出力する。
【０１１８】
さらに、指令生成部４５は、可動範囲制限部４３ｂから出力された３軸並進方向の操作量Ｃｘ，Ｃｙ，Ｃｚおよび３軸回りの回転操作量Ｃｃ，Ｃｂ，Ｃａに基づき手先速度指令を生成し、アクチュエータに出力してマニピュレータ１を動作させる。
【０１１９】
次に、本実施例のロボット制御装置の制御方法について説明する。本実施例は、実施例２の説明に用いた面合わせ作業における各作業工程（図５参照）に対して、自由度作業リスト（実施例２の作業リストに該当する）、操作特性作業リストおよび操作範囲作業リストそれぞれを制御テーブルとして設定し、各作業工程毎の制御テーブルに応じてマニピュレータを駆動制御するものである。
【０１２０】
自由度作業リストは、実施例２で説明した式（４）の作業リストをそのまま用いる。また操作特性作業リストおよび操作範囲作業リストは、次の通りである。
【０１２１】
（数７）
第１作業工程の操作特性作業リスト：｛２５０，３０，Ａ｝
第２作業工程の操作特性作業リスト：｛１００，１０，Ｂ｝
第３作業工程の操作特性作業リスト：｛１００，１０，Ｂ｝
第１作業工程の操作範囲作業リスト：｛可動範囲２１｝
第２作業工程の操作範囲作業リスト：｛可動範囲２２｝
第３作業工程の操作範囲作業リスト：｛可動範囲２２｝                  （７）
ここで、操作特性作業リストにはそれぞれ｛最大速度，最大角速度，変換式の種別｝が記され、操作範囲作業リストには｛可動範囲の識別番号｝が記されている。
【０１２２】
まず、第１作業工程Ｗ２１では、自由度作業リストの設定に対応してｘ軸，ｙ軸およびｚ軸の３軸並進のみ操作可能である。また、操作特性作業リストにより最大速度が相対的に高速（最大速度２５０［ｍｍ／ｓｅｃ］および最大角速度３０［ｄｅｇ／ｓｅｃ］）に設定され、変換式としてＡ：「速度入力＝α・（操作量）」の線形関数が設定されている。また、操作範囲作業リストにより可動範囲２１が設定されている。この可動範囲２１は、操作ミスによりワークＷ２１がワークＷ２２に衝突しないような可動範囲である。この駆動制御で操作者はワークＷ２１をワークＷ２２の面合わせする側の面近傍まで移動して、ワークＷ２１の面合わせする側の面の１つの角部をワークＷ２２の面合わせする側の面に点接触させる。
【０１２３】
次に、第２作業工程Ｗ２２では、自由度作業リストの設定に対応してｂ軸およびａ軸の２軸回転の操作のみ操作可能である。また、操作特性作業リストにより最大速度が相対的に低速（最大速度１００［ｍｍ／ｓｅｃ］および最大角速度１０［ｄｅｇ／ｓｅｃ］）に設定され、変換式としてＢ：「速度入力＝β・（操作量）２」の２次関数が設定されている。また、操作範囲作業リストにより可動範囲２２が設定されている。この可動範囲２２は、２つのワークＷ２１およびＷ２２の接触が許容される可動範囲である。この駆動制御で操作者はワークＷ２１の面合わせする側の面の１つの辺をワークＷ２２の面合わせする側の面に線接触させる。
【０１２４】
次に、第３作業工程Ｗ２３では、自由度作業リストの設定に対応してｚ軸並進のみ操作可能である。また、操作特性作業リストおよび操作範囲作業リストの設定は第２作業工程と同一である。この駆動制御で操作者はワークＷ２１の面合わせする側の面をワークＷ２２の面合わせする側の面に面接触させる。
【０１２５】
ここで、自由度作業リストに応じたマニピュレータの駆動制御による効果は実施例１および実施例２で述べた通りである。ここでは、操作特性作業リストおよび操作範囲作業リストに応じたマニピュレータの駆動制御による効果について説明する。
【０１２６】
まず、第１作業工程Ｗ２１では、最大速度を相対的に高速に設定し、その代わり、操作ミスによりワークＷ２１がワークＷ２２に衝突しないように可動範囲が設定されている。これにより、衝突を心配せずにワークＷ２１をワークＷ２２に近づけることができ、操作性を向上させ、作業時間を短縮できる。
【０１２７】
また、第２作業工程Ｗ２２および第３作業工程Ｗ２３では、ワークＷ２１をワークＷ２２に接触させるため、２つのワークＷ２１およびＷ２２の接触が許容される可動範囲を設定するが、その代わり、最大速度が相対的に低速に設定されている。このように、最大速度を低速に設定しているため、微調整が行い易くなる。
【０１２８】
以上説明したように、本実施例のロボット制御装置およびその制御方法では、操作装置３０（入力手段）を介した操作者の操作指示に応じてマニピュレータにおける各軸方向への移動または各軸回りの回転を制御可能なハンドガイドロボット１を制御するロボット制御装置において、ハンドガイドロボット１による一連の作業を複数の作業工程に分割し、該作業工程毎に各軸方向への移動における最大速度および各軸回りの回転における最大角速度を制御テーブルとして設定し、制御装置４０ａにより、各作業工程毎の制御テーブルに応じてマニピュレータを駆動制御することとし、操作者からの作業工程切替指示を受け付ける。
【０１２９】
このように、各作業工程において予め操作者が設定した各軸方向への移動における最大速度および各軸回りの回転における最大角速度制限下での操作が可能となるので、操作者の手ぶれやはずみ等による誤操作などを防ぐことができ、また、最大速度の低速設定により微調整が行い易くなり、結果として、誤動作を抑制できると共に、操作性を向上させることができる。
【０１３０】
また、本実施例のロボット制御装置およびその制御方法では、作業工程毎に入力手段の操作量と各軸方向への移動および各軸回りの回転それぞれの動作速度との関係を規定する変換式を制御テーブルとして設定し、制御装置４０ａにより、各作業工程毎の制御テーブルに応じてマニピュレータを駆動制御することとし、操作者からの作業工程切替指示を受け付ける。
【０１３１】
例えば、変換式として線形関数および非線形関数（２次関数、３次関数等）が選択設定可能なケースを想定する。非線形で次数が大きいほど操作者の操作量は増えるが、その分微調整が行い易くなることから、おおざっぱな移動などは線形関数を用い、微調整の必要なところでは非線形関数を用いるなどすれば、作業工程の内容に応じた設定が可能となり、作業効率を向上させることができる。
【０１３２】
また、本実施例のロボット制御装置およびその制御方法では、作業工程毎にマニピュレータの可動範囲を制御テーブルとして設定し、制御装置４０ａにより、各作業工程毎の制御テーブルに応じてマニピュレータを駆動制御することとし、操作者からの作業工程切替指示を受け付ける。このように、各作業工程において予め操作者が設定したマニピュレータの可動範囲に操作範囲が制限されるので、操作者のはずみ等による行き過ぎ動作等を防ぐことができる。
【０１３３】
また、最初の大まかな位置合わせで接触させないようにでき、作業工程が進む毎に動作制限範囲が小さくなるように設定することで、作業領域を徐々に収束させることができ、無駄な動きを抑制することができる。例えば、作業工程切り替え時のワークの位置を基準位置として、該基準位置からの相対的な可動範囲を設定するようにすれば、アクセスするワーク供給位置がずれるケースや、緩やかに動くワークにも対応できる。
【０１３４】
〔変形例〕
以上説明した実施例１、実施例２、実施例３および実施例４では、作業者が操作中に行う作業工程の切り替えを、工程進みボタンスイッチ３４および工程戻りボタンスイッチ３５を用いて行ったが、他の態様も可能である。
【０１３５】
すなわち、ハンドガイドロボット１のグリッパ１６に把持されるワークの姿勢および位置を検出する検出手段と、作業工程が切り替わった旨、或いは工程管理部４６による現作業工程番号を報知する報知手段を備えた構成である。
【０１３６】
検出手段によるワークの姿勢・位置検出に基づき、ある作業工程中にワークが所定の状態（姿勢および位置）に達したと判断されるとき、自動的に次の作業工程に進み、同時に報知手段により作業工程が次に進んだ（軸方向への移動または軸回りの回転についての自由度が変わった）旨を操作者に報知するようにする。また、現作業工程の作業工程番号を常時表示するようにしても良い。
【０１３７】
本変形例のロボット制御装置およびその制御方法によっても、実施例１〜実施例４と同等の効果を奏することができる。
【符号の説明】
【０１３８】
１  マニピュレータ（ハンドガイドロボット）
１１  基台部
１２  第１リンク
１３  第２リンク
１４  第３リンク
１６  グリッパ（把持部）
２１  回転ジョイント
２２  第１ジョイント
２３  第２ジョイント
２４  第３ジョイント
３０  操作装置
３１  イネーブルスイッチ
３２  操作桿
３３  力覚センサ
Ｌ１  表示灯
Ｂ１〜Ｂ５  ボタンスイッチ
３４  工程進みボタンスイッチ
３５  工程戻りボタンスイッチ
４０，４０ａ  制御装置
４１  補正部
４２  第１座標変換部
４３  自由度制御部
４３ａ  力−速度変換部
４３ｂ  可変範囲制限部
４４  第２座標変換部
４５  指令生成部
４６  工程管理部
４７，４７ａ  記憶部
Ｗ１，Ｗ２，Ｗ２１，Ｗ２２，Ｗ３１，Ｗ３２  ワーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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